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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE CAJAMARCA

VOLADURA CONTROLADA

2015

Cajamarca, junio del 2015

Fecha: 26 de junio del 2015

UNIVERSIDAD UNIVERSID AD PRIVADA DEL NORTE CAJAMARCA

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Faculta : 

Ingeniería De Minas

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Perforación Perforació n y voladura

Curso:

Docente: Ing. BOHORQUES HUARA ARMANDO HUMBERTO

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Tema: 

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Voladura controlada

Integrantes: Díaz Rodas, Mario Alexander. Urteaga flores, Gabriela Ramírez Delgado, Alithu. Torres Núñez, Katherine Gabriela. Romero Chávez, José David. Rodríguez Salazar, Jean Geyler

Perforación y Voladura

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UNIVERSIDAD UNIVERSID AD PRIVADA DEL NORTE CAJAMARCA

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Faculta : 

Ingeniería De Minas

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Perforación Perforació n y voladura

Curso:

Docente: Ing. BOHORQUES HUARA ARMANDO HUMBERTO

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Tema: 

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Voladura controlada

Integrantes: Díaz Rodas, Mario Alexander. Urteaga flores, Gabriela Ramírez Delgado, Alithu. Torres Núñez, Katherine Gabriela. Romero Chávez, José David. Rodríguez Salazar, Jean Geyler


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INDICE I. II. III. IV.

INTRODUCCIÓN……………………………………………………………3 INTRODUCCIÓN……………………………………………………………3 RESUMEN……………………………………………………………………4 RESUMEN……………………………………………………………………4 ABSTRACT……………………………… ABSTRACT……………………………………………………… ………………………….........…5 ….........…5 OBJETIVOS………………………………………………………………….6 OBJETIVOS………………………………………………………………….6 MARCO TEÓRICO………………………………………………………….7 TEÓRICO………………………………………………………….7 4.1 VOLADURA CONTROLADA………………………………….…...…7 CONTROLADA………………………………….…...…7 4.1.1 TEORÍA DEL MÉTODO……………………………………… MÉTODO………………………………………………………......7 ………………......7 4.1.2DIFERENCIAS 4.1.2DI FERENCIAS ENTRE VOLADURA CONVENCIONAL CONVENCIONA L Y VOLADURA CONTROLADA…………………………… CONTROLADA………………………………………….……....10 …………….……....10 4.1.3 VENTAJAS DE LA VOLADURA CONTROLADA...........................................…………………..11 4.1.4DESVENTAJAS 4.1.4DESV ENTAJAS DE LA VOLADURA CONTROLADA…………………………………………………..11 4.2 TIPOS DE CONTROL……………………………………………….12 4.2.1 VOLADURA DE PRECORTE …………………………..12 4.2.2 VOLADURA DE RECORTE……………………………..13 4.2.3 VOLADURA AMORTIGUADA…………………………...14 AMORTIGUADA…………………………...14 A. VOL. AMORTIGUADA AMORTIGUA DA CON CARGAS DE BAJA DENSIDAD……………………………………………………….19 B. VOL. CONTROLADA EN SUPERFICIE-BANCOS……….19 SUPERFICIE-BANCOS……….19 

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VOLADURA ADP………………………………………...25 ADP………………………………………...25 VOLADURAS CONTROLADAS ESPECIALES……….26 C. VOLADURA CONTROLADA EN TRABAJOS SUBTERRÁNEOS……………………………………………….33 PARÁMETROS IMPORTANTES PARA VOLADURAS VOLADURAS CONTROLADAS…………………………………………………39 EJERCICIO………………………………………………………………….44 EJEMPLO APLICATIVO…………………………………………….……45 CONCLUSIONES…………………………………………………………52 REFERENCIAS REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………….53 BIBLIOGRÁFICAS…………………………………….53 

V. VI. VII. VIII.


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I.

INTRODUCCION

El daño originado en la roca ro ca por efecto de una voladura v oladura se puede diferenciar en dos sectores: a) El sector asociado a la zona de voladura que va a ser removido por algún equipo de excavación. b) El sector correspondiente al entorno de la voladura, donde se producen daños que es necesario controlar por razones tales como: 

Evitar dilución del mineral.



Evitar mayor excavación de lo deseado (sobre –excavación).



Generar una pared sana en el talud del banco.



Generar una geometría del tajo más económica.

Entonces lo que se se desea lograr con una una voladura controlada es obtener una fragmentación optima minimizando el daño del macizo rocoso para obtener taludes estables, maximizar productividad, obtener un nivel bajo de vibraciones generadas por la voladura. Para lo cual con este informe tratamos de brindar información de cómo se puede optimizar o cuán importante es realizar una voladura controlada.


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II.

RESUMEN

La voladura controlada, es un método especial que permite obtener superficies de corte lisas y bien definidas, al mismo tiempo que evita el agrietamiento excesivo excesivo de la roca remanente, con lo que contribuye a mejorar su estabilidad, aspecto muy importante en trabajos subterráneos de orden permanente, para prevención de desplome de techos y otros riesgos, y en superficie para la estabilidad de taludes en cortes de laderas. Consiste en el empleo de cargas explosivas lineares de baja energía colocadas en taladros muy cercanos entre sí, que se disparan en forma simultánea para crear y controlar la formación de una grieta o plano de rotura continuo, que límite la superficie final de un corte o excavación. En términos generales, si el disparo para este corte es anterior a la voladura principal, se le denomina “precorte o presplitting”, y si es posterior se le conoce como Recorte, voladura de contorno o voladura suave (Smooth blasting); en el caso de túneles también suele denominarse voladura periférica. Se emplea a menudo para el acabado superficial de túneles de obras hidráulicas o viales, para reducir el consumo de concreto cuando éstos tienen que ser cementados, y en cámaras subterráneas para mejorar el autosostenimiento de techos y paredes. También se aplica para excavaciones precisas para cimentación de maquinaria, para piques y chimeneas, para límite final de bancos en minería a tajo abierto y para extraer grandes y bien formados bloques de piedra ornamental en canteras de mármol, caliza marmórea y granito, entre otros.


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ABSTRACT Controlled blasting, is a special method that allows for smooth surfaces and welldefined cut, while avoiding excessive cracking of the remaining rock, thus contributing to improve its stability, something very important in underground standing order for preventing collapse of roofs and other risks, and size for slope stability of slopes in cuts. Is the use of linear low-energy explosive charges placed in holes very close to each other that are triggered simultaneously to create and control the formation of a continuous crack or break up, that limit the final surface of a cut or excavation. Generally speaking, if the trigger for this cut is prior to the main blast, it is called "precut or presplitting" and if later it is known as clipping boundary blasting or soft blasting (Smooth blasting); in the case of tunnels also often it called peripheral blasting. It is often used for the surface finishing of hydraulic tunnels or road works to reduce consumption particularly when these have to be cemented, and in underground chambers to improve the self-reliance of ceilings and walls. It also applies for precise excavation for foundations of machines for shafts and chimneys, to end limit banks in open pit mining and to remove large and well shaped blocks of ornamental stone quarries of marble, limestone marble and granite, among others.


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III.

OBJETIVOS



Conocer los beneficios de tener una voladura controlada.



Aprender los tipos de voladura controlada.



Comprender la aplicación de la voladura controlada.


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IV. MARCO TEÓRICO 4.1 VOLADURA CONTROLADA Consiste en el empleo de cargas explosivas lineales de baja energía colocadas en taladros muy cercanos entre sí, que se disparan en forma simultánea. Busca crear y controlar la formación de una grieta o plano de rotura continuo, que limite la superficie final de un corte o excavación.

4.1.1 TEORÍA DEL MÉTODO: Una carga explosiva convencional acoplada, que llena completamente un taladro, al detonar crea una zona adyacente en la que la resistencia dinámica a compresión de la roca es ampliamente superada, triturándola y pulverizándola. Fuera de esa zona de transición, los esfuerzos de tracción asociados a la onda de compresión generan grietas radiales alrededor de todo el taladro, lo que se denomina fisuramiento radial. Cuando son dos las cargas que se disparan simultáneamente, esas grietas radiales tienden a propagarse por igual en todas direcciones, hasta que por colisión de las dos ondas de choque en el punto medio entre taladros, se producen esfuerzos de tracción complementarios perpendiculares al plano axial. Las tracciones generadas en ese plano superan la resistencia dinámica a tracción de la roca, creando un nuevo agrietamiento y favoreciendo la propagación de las gr ietas radiales en la dirección de corte proyectado, lográndose esto en especial cuando dos taladros son cercanos. Posteriormente estas grietas se amplían y extienden bajo la acción de cuña de los gases de explosión que se infiltran en ellas. La propagación preferencial en el plano axial junto con el efecto de apertura por la presión de gases permite obtener un plano de fractura definido. Según esto, el mecanismo de trabajo de una voladura de contorno comprende a dos efectos diferentes: uno derivado de la acción de la onda de choque y otro derivado de la acción de los gases en expansión.


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La presión de gases es clave en la voladura controlada, por lo que se debe tratar de mantenerla hasta que complete la unión de las grietas que parten de los taladros adyacentes. Esto se conseguirá adecuando la longitud de retacado para evitar el escape prematuro de los gases a la atmósfera.


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4.1.2 DIFERENCIAS ENTRE LA VOLADURA CONVENCIONAL Y LA VOLADURA CONTROLADA: En la práctica el método de voladura controlada requiere de ciertas condiciones que la diferencian del método convencional, como se muestra a continuación:

Voladura convencional Relación de espaciamiento a burden: E = 1,3 a 1,5 B Relación de acoplamiento máxima de 1,2 a 1. La carga de explosivo ocupa los 2/3 de la longitud del taladro. Uso de taco inerte Empleo de explosivo con el mayor brisance y empuje dentro de la relación energía/costo. Disparo de todos los taladros de la voladura siguiendo un orden de salida, espaciados en tiempo de acuerdo a un esquema de secuencia 

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Voladura controlada Menor espaciamiento de burden: E = 0,5 a 0,8 B. Explosivo de mucho menor diámetro que el del taladro. Carga explosiva linear distribuida a todo lo largo del taladro. Taco inerte para mantener al explosivo dentro del taladro, no para confinarlo. Empleo de explosivo de baja velocidad y brisance. Disparo simultáneo de todos los taladros de la línea de corte, sin retardos entre sí. Mantener el alineamiento y paralelismo de los taladros, de acuerdo al diseño del corte a realizar, de lo contrario no hay buen resultado. 

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4.1.3 Ventajas de la voladura controlada  

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Produce superficies de rocas lisas y estables. Contribuye a reducir la vibración de la voladura principal y la sobre excavación, con lo que se reduce también la proyección de fragmentos y los efectos de agrietamiento en construcciones e instalaciones cercanas a la voladura. También facilita el transporte de los detritos de voladura, por su menor tamaño. Produce menor agrietamiento en la roca remanente. Es importante tener en cuenta que la voladura convencional, según la carga y el tipo de roca puede afectar a las cajas techos a profundidades de hasta 1,50 y 2,00 m debilitando la estructura en general, mientras que la voladura controlada sólo la afecta entre 0,20 y 0,50 m, contribuyendo a mejorar el auto sostenimiento de las excavaciones. En minería puede ser una alternativa para la explotación de estructuras débiles e inestables.

4.1.4 Desventajas de la voladura controlada 

 

Mayor costo que la voladura convencional por requerir más perforación y empleo de explosivos especiales o acondicionados a propósito. Mayor demora en la obra, por el incremento del trabajo de perforación. En algunos tipos de terreno no llega a dar los resultados esperados, como por ejemplo en material detrítico incompetente o deleznable. Mejores resultados por lo general se obtienen en rocas homogéneas y competentes.


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4.2 TIPOS DE CONTROL

Son varias las técnicas para voladura controlada desarrolladas en los últimos años, muchas veces específicamente para un problema particular, pero las más aplicadas son:   

Voladuras de precorte Voladura de recorte Voladuras amortiguadas

Estas técnicas se efectúan tanto para trabajos subterráneos como en superficie.

4.2.1 VOLADURA DE PRECORTE Consiste en crear en el cuerpo de roca una discontinuidad o plano de fractura (grieta continua) antes de disparar la voladura principal o de producción, mediante una fila de taladros generalmente de pequeño diámetro, muy cercanos, con cargas explosivas desacopladas y disparos instantánea. El disparo de los taladros de precorte también puede hacerse simultáneamente con los de producción, pero adelantándonos una fracción de tiempo de 90 a 120 ms, el disparo es pues en dos etapas. Normalmente es necesario efectuar algunos disparos de prueba para conocer el comportamiento de la roca y ajustar parámetros, pero como guía puede aplicarse algunas ecuaciones propuestas para el caso, como las de C. Konya, así: El factor de carga por pie de taladro que no cause daño a la roca, pero que produzca suficiente presión como para crear la acción de corte se puede estimar por:

Donde:


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Q: carga de explosivo por pie de taladro (lb/pie). Ø:diámetro de los taladros vacíos, en pulgadas.

Si se aplica este factor de carga, el espaciamiento entre los taladros de precorte será determinado por la ecuación:

Donde: E: espaciamiento, en pulgadas. Ø: diámetro de los taladros vacíos, en pulgadas.

La constante 10 se aplica para asegurar que la distancia no sea excesiva y que el corte ocurra, pero según experiencia puede llevarse a 12 ó 14. Estos valores por norma deben darse en el equivalente métrico. En la mayoría de aplicaciones de precorte no se estila sobreperforación. En algunos casos se aplica una carga concentrada de 2 a 3 veces al fondo del taladro, en otros toda la columna es desacoplada, es decir de baja energía y de menor diámetro que el del taladro. Existen diferentes criterios respecto a las necesidades de taquear o no los taladros, y sobre la longitud del taco teniendo en cuenta la necesidad de mantener retenidos los gases de explosión en los taladros. Usualmente las rocas competentes no requieren taco mientras que sí son necesarios en las rocas fisuradas e incompetentes. El precorte se aplica preferentemente en bancos de superficie para delimitar sectores, para cortar bloques; para evitar una excesiva sobrerotura hacia atrás (back break) y para formar los taludes finales del pit.

4.2.2 VOLADURA DE RECORTE Consiste en la voladura de una fila de taladros cercanos, con cargas desacopladas, pero después de la voladura “principal” o de producción. El factor de carga se determina de igual forma que para los taladros de precorte, pero como esta técnica implica el arranque de roca hacia un frente libre, el espaciamiento normalmente es mayor que en el precorte, pudiendo ser determinado por la ecuación:


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Donde:

E: espaciamiento. Ø: diámetro del taladro vacío. El disparo es también en dos etapas, primero los taladros de producción y después, con una diferencia de unos 100 ms, los de recorte. Las condiciones de confinamiento de ambas son diferentes, en el precorte mientras no sale la voladura principal en burden es infinito, en tanto que en el recorte el burden tiene una distancia definida y razonable, después de haber salido la voladura principal, de modo que puede ser estimado en el diseño de la voladura. El burden debe ser mayor que el espaciado para asegurar que las facturas se “encadenen” apropiadamente entre los taladros antes que el bloqu e de burden se desplace, pudiendo estimar con la ecuación: B = (1,3 x E) Donde: B: burden o línea de menor resistencia. E: espaciado entre taladros. Cuando los taladros de recorte tienen el mismo diámetro que los de producción la técnica se conoce como Trim Blasting.

4.2.3 VOLADURA AMORTIGUADA Es prácticamente una voladura convencional pero en la que se ha modificado el diseño de la última fila, tanto en su esquema geométrico que es más reducido, como en las cargas de explosivo que deben ser menores y desacopladas. El disparo es normalmente en una sola etapa.


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La voladura amortiguada también denominada suave o Cushion blasting, recientemente ha incrementado sus posibilidades con el desarrollo de nuevas técnicas como la de ADP (Air deck presplitting) y la de cargas especiales de baja densidad tipo Examon –R o ANFO combinado con prills de polietileno, aunque en este caso se presentan problemas de segregación en el carguío neumático por diferencias de densidad. También se considera dentro de esta técnica a la “perforación en línea” (Line drilling) o control de fractura límite, en la que una fila de taladros de pequeño diámetro, estrechamente espaciados y sin carga explosiva crean un plano de debilidad que producirá el corte como efecto de la voladura principal. El plano actuará como una cortina que limita el paso de las ondas explosivas hacia atrás. Existen numerosos arreglos de taladro para obtener cargas reducidas o desacopladas, para taladros en superficie y en subterráneo, como los siguientes: Gráfico 1


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Del Gráfico Taladros de superficie: (a).-Cordón detonante y cartuchos de dinamita o emulsión en rosario. (b).-Cartucho especial tipo Exsacorte con cebo de dinamita al fondo, detonador eléctrico o nonel. (c).- Cartuchos de dinamita alojados en un tubo plástico cortado longitudinalmente (media caña) iniciados con cordón detonante axial.


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(d).-Boosters de APD o dinamita con iniciación central, con cordón detonante pasante (puede estar forrado con tubo de cartón o plástico para mayor rigidez. (e).-Carga desacoplada en tubo rígido: (1) Tubo plásticorígido; (2) Cordón detonante; (3) Cebos intermedios. (f).- Cargas espaciadas con aire mediante separadores de madera, iniciadas con cordón detonante y cebos individuales: (7) detalle del espaciador de madera con huecos para pasar el cordón detonante


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Del Gráfico Voladura amortiguada: a.- Taladro con carga convencional, con explosivo de baja energía (Exadit) sin atacar, sin taco. Iniciación con detonador en la boca o al fondo

b.- Taladro con cartuchos espaciados con separadores inertes o aire libre, con cordón detonante axial.

Voladura controlada c.- Cartuchos convencionales fijados a distancias determinadas sobre media caña de tubo de plástico.Diámetro del cartucho de 22 a 38 mm y diámetro del taladro 50 a 75 mm como ejemplo. d.- Taladro con explosivo especial para voladura controlada (Exsacorte), en tubos rígidos de plástico para acoplamiento linear, centrados en el taladro de mayor diámetro mediante plumas o rosetas. Iniciación del cebo con detonador eléctrico o de tipo nonel, con taco inerte de sello, diámetro del explosivo 22 mm y del taladro 38 a 51 mm, como ejemplo. e.- Taladro con Examon o Solanfo, con cordón detonante de bajo gramaje axial en toda la columna, amarrado al cartucho cebo e iniciado con detonador, el cordón detonante por su mayor velocidad de detonación deflagrará una parte del explosivo granular antes que éste detone totalmente a su velocidad régimen, reduciendo así la carga y el efecto de impacto, sin afectar al confinamiento original. Como alternativa de estos esquemas, en algunos casos se emplea cordón detonante de alto gramaje (60, 80, 120, etc.) sólo, como carga linear.


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A. VOLADURA AMORTIGUADA CON CARGAS DE BAJA DENSIDAD En voladuras de contorno de gran diámetro en superficie, el desacoplamiento del ANFO se consigue colocándolo en mangas o tubos de plástico, de menor diámetro que el taladro, o distribuyéndolo en cargas espaciadas mediante separadores especiales de madera u otro material, lo que resulta costoso, por lo q ue prefiere bajar la densidad del explosivo, mediante tres procedimientos: 1.- Reduciendo el contenido de petróleo a menos del 6% (si un ANFO 94/6 desarrolla 3 780 J/g, uno con (98,5)/(1,5) sólo desarrollará 2 293 J/g). 2.- Diluyéndolo con cloruro de sodio, hasta un máximo del 20%. La sal reduce la energía y actúa como refrigerante, con lo que disminuye la velocidad de detonación y el calor de explosión. 3.- Mezclando el ANFO con bolitas de poliestireno expandido de 0,5 a 3 mm (tecnoport), técnica que está ganando difusión con la denominación de ANFOPS. Con su densidad de 0,03 kg/dm3, como diluyente en una proporción de hasta 80% de mezcla, se consigue concentraciones de energía y densidades por metro de sólo un 10% de las que corresponden al ANFO convencional, aunque existen dificultades de segregación por densidades dentro del taladro en carguío neumático de pequeño diámetro

B. VOLADURA CONTROLADA EN SUPERFICIE – BANCOS El principio de la detonación simultánea de taladros alineados y estrechamente separados se aplica también en voladuras de superficie, obtener paredes lisas en taludes de carretera, límite final de bancos en t ajos abiertos y obras de cimentación o de drenaje; conociéndose tres métodos principales:

B.1 Perforación en línea (Line drilling, Fracture control blasting): Una hilera de taladros de pequeño diámetro normalmente sin carga explosiva, estrechamente espaciados, crean un plano de debilidad. El corte se produce como efecto de la voladura principal.


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Del gráfico: a.- Carga normal b.- Carga 50% de la normal c.- Sin carga

Ventajas: Se considera adecuado para controlar el exceso de fracturas de la voladura (Over break). Brinda caras lisas y limpias con mínimo uso de explosivo.

Desventajas: La perforación es cara y tediosa. Brinda mejor resultado en roca homogénea y competente.


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B.2 Voladura amortiguada (Voladura suave, Cushion blasting) Una hilera de taladros alternadamente grandes y pequeños con carga explosiva liviana sólo en los grandes, o una de taladros de igual diámetro con cargas alternas de cartuchos delgados contiguos, disparada después de la voladura principal; produce el recorte del límite final de la voladura principal. Ver alternativas (1) y (2).

Ventajas:   

Generalmente mejor para roca de mala calidad de voladura. Reduce fracturas y tensiones en la pared terminada. Requiere menos taladros que la perforación en línea.


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Desventajas: 

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Requiere mover el equipo dos veces (para la voladura principal y para la de recorte). No es práctica para cortar esquinas en ángulo recto sin recorte. A menudo es más costosa que el precorte. Con taladros de distinto diámetro requiere diferentes barrenos y brocas.

B.3 Voladura de precorte (Prespliting): Una hilera de taladros del mismo diámetro, con espacio entre 0,5 y 0,8 veces del burden normal. Todos con carga explosiva linear o amortiguada, disparada preferentemente antes de la voladura principal o simultáneamente con ella. Prepara la cara lisa límite de voladura.


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Descripción del diagrama: a.- Taladro de producción, carga normal. b.- Taladro de penúltima fila, carga explosiva menor (50 a 70% carga normal), burden y espaciamiento entre taladros más ajustados. c.- Taladro de precorte, con disparo anterior al disparo principal de producción, carga de fondo 2 a 3 veces la de la columna. Toda la línea de taladros de precorte se dispara simultáneamente.

Ventajas:   

Costos de perforación generalmente más bajos que la perforación en línea. Elimina movimiento de equipo por segunda vez. Puede ser disparada días antes que la voladura principal y la perforación puede requerir desbroce preliminar.


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Desventajas: 



Los resultados no pueden ser apreciados hasta después de la excavación de la voladura principal. No se aprovecha la energía de la voladura principal y la perforación puede requerir desbroce preliminar.

Obras viales: Limitación de amplitud o avance de una voladura primaria mediante precorte con disparo: o

Voladura de precorte:

Todos los taladros, en este caso, son del mismo diámetro y todos se cargan. Los taladros son detonados antes de que se vuele cualquier área de excavación principal adyacente. El principio aquí es que cuando dos cargas son detonadas simultáneamente en dos taladros adyacentes, la colisión de las ondas de choque causa fractura y zona de falla entre taladros, que la voladura primaria subsecuente puede romper lisamente. Como ejemplo mostramos un corte de zanja para carretera, con dos paredes laterales lisas obtenidas con precorte, las que de antemano limitan el ancho total del corte. o

Precorte sin disparo – perforación en línea:

Una hilera de taladros de pequeño diámetro espaciados estrechamente crea un plano de debilidad. Normalmente los taladros no son cargados, pero el corte tiene lugar de acuerdo a dicha línea, con la voladura principal. La pared formada será bastante estable además de lisa, por no haber sufrido maltrato al no tener carga explosiva los taladros. El corte lo hace la misma voladura principal.


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o

VOLADURA ADP (AIR DECK PRESPLITTING O AIR SHOCK BLASTING)

Principio Método de voladura que emplea espacios de aire en lugar de las cargas explosivas desacopladas de los taladros de precorte. Consiste en colocar al fondo de los taladros pequeñas cargas de explosivo (carga de fondo) y por encima de ellas se deja una columna de aire (carga de columna) hasta el taco inerte de sello. Los taladros se alinean, separan y disparan en la forma establecida para voladura controlada, con resultados comparables a los del precorte convencional pero con menor consumo de explosivo. Las ondas generadas en el taladro se expanden en la roca creando un plano de corte. El problema más serio es poder mantener el taco o sello de detritos de perforación en su sitio, sin que caiga dentro del taladro, lo que se logra mediante un tapón inflable, que es prácticamente una bolsa plástica patentada con el nombre de Power Plug.

Este método ventajas como:

en

condiciones

adecuadas

de

aplicación proporciona

- Mejor estabilidad de los taludes finales a menor costo. Los taladros del precorte se perforan con las mismas máquinas perforadoras con que se perforan los taladros de producción. Se sustituye el uso de voladura de precorte convencional en decks redundando en menores costos de explosivos con menores tiempos de carguío. Se hace factible reducir los costos de perforación debido al incremento en el espaciamiento entre los taladros de la fila del precorte. Aparte de aplicarse como precorte para limitar y estabilizar taludes en bancos, también se emplea para el control de proyecciones, para voladura Rip-rap, en voladura para piedra dimensionada, para el control de vibraciones, para drenaje de taladros (dewatering), para separar mineral-desmonte en bancos irregulares y también para voladura perfilada en túneles (smooth blasting).


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VOLADURAS CONTROLADAS ESPECIALES: a.- Extracción de bloques de rocas ornamentales: Para rocas como granito, mármol y caliza marmórea, en forma definida, como placas y bloques. Es difícil dar recomendaciones generales de diseño pues son muchas las clases de roca y las técnicas de explotación, pero puede seguirse los siguientes parámetros:  

Diámetro de perforación entre 25 y 40 mm. Espaciamiento, en el caso más frecuente es entre 4 y 8 Ø, pero puede aplicarse la fórmula de Berta:

Donde:


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PE: presión específica, en Mpa. P: densidad del explosivo, en g/cm3. Øc: diámetro de la carga de explosivo, en mm. Øt: diámetro del taladro, en mm.

Rt: resistencia a la tracción de la roca, en Mpa.

Explosivos: Se emplea explosivos de baja velocidad de detonación y gran volumen de gases. También cargas preparadas en tubos plásticos acoplables.

Consumos específicos: Varían ampliamente de acuerdo al tipo de roca y clase de explosivo. Los valores más comunes son, por unidad de superficie cortada, de: 80 a 150 g/m2 en los granitos, de 40 a 80 g/m2 en los mármoles y de 30 a 60 g/m2 en las calizas marmóreas.


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Las columnas de explosivo deben ser continuas y desacopladas, con una cámara anular de aire, aunque en roca dura es una ventaja rellenarla con agua para aumentar la energía transferida a la roca y evitar el ennegrecimiento de las superficies de corte por los humos de la explosión. Aunque el retardo es necesario para aprovechar el empuje de los gases. La iniciación debe ser preferentemente instantánea para todos los taladros, mediante cordón detonante.

Para evitar el astillamiento o fracturación de las esquinas de los bloques es conveniente emplear taladros-guía vacíos en la proximidad de las intersecciones de los planos de corte. En los taladros verticales no hay sobreperforación.

a.

Voladuras para pedronería o escollera:

En obras de ingeniería, como la construcción de diques, rompeolas y represas enrocadas, se necesitan materiales con dimensiones muy específicas, denominándose escollera a la de mayor tamaño. Producir bloques de gran tamaño difiere del banqueo convencional. Se debe conseguir un corte adecuado a nivel del piso y un despegue limpio a lo largo del plano que forman los taladros, con un agrietamiento mínimo de la roca por delante de


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dicho plano. Es importante conocer los sistemas de fisuras o diaclasas de la roca in situ para aprovechar estos planos de debilidad a favor de facilitar la rotura.

Los parámetros para escollera son:     



Altura de banco la mayor posible, usualmente 15 a 20 m. Diámetros de perforación entre 75 y 115 mm. Inclinación de taladros entre 5 y 10°. Sobreperforación: SP = 10 Ø. Longitud de carga de fondo 55 Ø, con explosivos de elevada densidad de carga. Relación entre el burden y espaciamiento: B/E = 1,4 a 1,7

En ocasiones hasta sobre 2. 

Consumo específico en la zona de carga de fondo en

función de la resistencia a compresión simple (Rc) de la roca: > 650 g/m3 para Rc > 100 MPa  

Taco intermedio del orden de 1 m entre la carga del fondo y la de columna. Densidad de carga en el plano de corte:

500 g/m3 para Rc > 100 MPa 

 

b.

< 500 g/m3 para Rc < 100 MPa

250 g/m3 para Rc < 100 MPa

Carga de columna desacoplada, con una relación entre el diámetro de taladro y el diámetro de carga alrededor de 2. Retacado, con una longitud de 15 Ø. Secuencia de encendido instantáneo en toda la fila de taladros.

Voladura de rocas porosas:

Rocas porosas por ejemplo: pumitas, tufos volcánicos, etc. En este tipo de roca la energía de tensión de la onda de choque es fuertemente amortiguada por absorción, realizándose prácticamente todo el trabajo de ruptura


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mediante la energía de los gases de detonación en expansión (denominada también energía de burbuja, Eb). Los explosivos adecuados para estas condiciones deberán tener baja densidad y velocidad de detonación, ejemplo: Exadit, Examon, ANFO. En estos casos es necesario retener a los gases en expansión dentro del taladro por el mayor tiempo posible, lo que puede lograrse mediante: 1.- Taco adecuado: debe controlarse la longitud del taco inerte de sello y el tipo de material que lo forma; cuanto más plástico mejor. 2.- Burden y espaciado correctamente dimensionados, posiblemente se requerirá tiros de tanteo previos para optimizarlos. 3.- Cebado al fondo de los taladros. 4.- Desacoplamiento de la carga explosiva o adición de materiales inertes ligeros como poliuretano (tecnoport en bolitas, ANFOPS), para reducir la presión de t aladro. 5.- Disparo con secuencias largas (long delays) si fuera necesario.

c.

Voladura de rocas plásticas:

El mayor empleo de explosivos de modo convencional se realiza para fragmentar rocas friables, quebradizas, como andesita, granito, caliza, etc, pero cuando se trata de volar materiales plásticos o elásticos, como por ejemplo algunos lodos consolidados, arcillas arenaceas, lutitas, arguillitas, pizarra suave o caolín; algunos minerales industriales como anhidrita (yeso), lalita (sal gema) y permafrost (suelo permanente helado) se requiere diferente método. En la voladura convencional, la roca situada alrededor del punto de disparo es pulverizada, fisurada y debilitada por fuerzas compresivas inducidas por la detonación del explosivo de alta velocidad, que la preparan para la siguiente fase de rompimiento mediante efectos de tensión, procedentes desde la cara libre, apoyados por la presión de gases. Por el contrario, los materiales plásticos se compactan y refuerzan alrededor del punto de disparo cuando se emplea explosivos de alta velocidad.


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El rompimiento por tensión es relativamente inefectivo, a menos que la zona de compactación pueda ser rota primero por efectos de corte o cizalla, lo que podría requerir mayor energía explosiva. En estas condiciones es preferible también utilizar explosivos de bajo brisance o cargas desacopladas, para disminuir el efecto inicial de compactación. En la explotación de minerales industriales como sal, yeso, caolín y similares, el problema se alivia haciendo previamente un corte de arranque al piso (Kerf o Undercut, utilizando por ejemplo una cortadora mecánica), antes de efectuar el disparo.

C. VOLADURA CONTROLADA EN TRABAJOS SUBTERRÁNEOS: La voladura convencional en túneles y otros trabajos de subsuelo, además de dejar perfiles irregulares según el sistema de diaclasamiento de la roca, normalmente afecta a la estructura remanente a profundidades que pueden llegar hasta 2 m maltratándola y debilitándola según su tipo y condición, lo que puede tener consecuencias de inestabilidad o desprendimiento con el tiempo. Este maltrato es mayor cuando se dispara con cargas excesivas, o cuando no se mantiene una adecuada secuencia de encendidos y los taladros salen casi simultáneamente. En obras de ingeniería de cierta consideración, como los túneles de irrigación o de hidroeléctricas, que deben ser estables y que usualmente se cementan, el perfil periférico irregular es inconveniente, debiendo ejecutarse adecuadamente para obtener una pared final de superficie lisa. Para evitar este maltrato y obtener paredes de corte liso se emplean métodos de voladura periférica controlada.


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*Condiciones necesarias para la voladura controlada en subsuelo Aplicables al acabado de túneles, cámaras y excavaciones para cimientos de máquinas y obras civiles.

a. Perforación: 





El diámetro de los taladros de contorno normalmente es igual a los de producción. La precisión de la perforación es fundamental, debe mantenerse el alineamiento y paralelismo de los taladros de acuerdo al diseño del corte a realizar, para mantener un burden constante en toda la longitud del avance, de otro modo no se formará el plano de corte. Un mal emboquillado o desviaciones resultarán en sobrerotura o salientes de roca, así, desviaciones mayores de 0,10 a 0,15 m. al fondo pueden deformar el corte o dar lugar a tacos quedados (Bootlegs). El espaciamiento entre taladros debe ser menor que el de voladura convencional, la relación espacio/burden baja de E = 1,3B normal a E = (0,5 ó 0,8)B. En la práctica, para voladura amortiguada, esta distancia se estima entre 15 a 16 veces el diámetro y el burden de 1,2 a 1,5 veces el espaciamiento, mientras que para precorte el espaciado será de 8 a 12 veces el diámetro, considerándose el burden infinito. Así en la práctica son esenciales espaciamientos entre 0,3 y 0,6 m.

b. Carga: Se requiere baja densidad de carga explosiva, lo que se obtiene con: 



Explosivos especiales de baja energía y velocidad, usualmente en cartuchos de pequeño diámetro, como el Exsacorte de 22 mm, que produce unos 1,000 bares de presión, mientras que uno convencional puede llegar a 30.000 bar. La carga de columna debe ser desacoplada (no atacada), normalmente de sólo 0,5 veces el diámetro del taladro (relación 2:1) para poder formar un anillo de aire alrededor del explosivo que amortigüe el efecto de impacto al absorber parte de la energía de la explosión y debe distribuirse a todo lo largo del taladro (esto se facilita por ejemplo con los cartuchos largos de Exsacorte que cuentan con plumas centradoras plásticas).


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La densidad de carga normalmente fluctúa entre 0,18 y 0,37 kg/m, para este caso, según el tipo de roca varía entre 0,08 y 0,22 kg/m.



Si es necesario para amortiguar la onda y facilitar la formación del plano de corte, se puede intercalar taladros vacíos de guía entre los t aladros cargados.

c. Carga de fondo: Todo método de carguío requiere una carga de fondo de alta velocidad con factor de acoplamiento cercano al 100% (ejemplo uno o dos cartuchos convencionales de dinamita), para asegurar el arranque de la carga reducida de columna y evitar la formación de tacos quedados al fondo. Es también necesario sellar los taladros con taco inerte (steming) para contener los gases y para evitar que la columna desacoplada sea eyectada del taladro al detonar el cebo (o succionada por la descompresión subsiguiente a la voladura previa del disparo principal).

d. Disparo: El disparo de todos los taladros del corte periférico debe ser simultáneo, o máximo en dos o tres etapas de retardo muy cercanas (si el perímetro a cortar es grande), de lo contrario el plano de corte puede no formarse completamente. Esto puede asegurarse con una línea troncal de encendido independiente. Debe tomarse en cuenta que la velocidad pico de partícula generada por el disparo puede llegar a causar excesivo daño a la roca remanente, efecto que se puede reducir manteniéndola por debajo de los 700 a 1.000 mm/s. Esta velocidad se puede estimar con la siguiente fórmula empírica: Donde: VPP

: velocidad pico de partícula, en m/s.

Ce

:

carga explosiva en caja, en kg.

d

:

distancia radial desde el punto de detonación, en m.

b : constante que depende de las propiedades estructurales y elásticas de la roca, y que varía de lugar a lugar.


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.


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RANGOS DE ENRGIA Y DAÑO A LA ROCA REMANENTE TIPO DE CONCENTRACION EXPLOSIVO LINEAR DE CARGA (kg/m) 45 ANFO 1,80

PRESION DE TALADRO (bar) 30 000

AMPLITUD DEL MALTRATO CREADO (m) 1,50 a 1,80

17 a 22

900

0,20 a 0,30

Exsacorte

0,80

Mallas de voladura en túneles Relación entre burden y espaciamiento (E/B) en la periferia: E = 1,3 a 1,5B E = 0,5 a 0,8B En voladura convencional En voladura controlada

DIAMETRO (mm)

VOLADURA CONVENCIONAL BURDEN (m)

VOLADURA CONTROLADA ESPACIAMIENTO (m)

BURDEN (m)

ESPACIAMIENTO (m)

16

0,62

0,80

0,60

0,45

22

0,87

1,13

0,85

0,70

32 a 38

1,25

1,50

0,70

0,60

51

1,80

2,30

0,90

0,70

64

2,25

2,80

1,20

0,90

76

2,50

3,10

1,40

1,10

Evaluación de resultados del precorte Esta evaluación un tanto empírica puede hacerse de forma cuantitativa y cualitativa. La evaluación cuantitativa se basa en el cálculo del factor de cañas visibles, que es el cociente entre la longitud de las medias cañas visibles después de la voladura y la longitud total que fue perforada.


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El análisis conjunto de la superficie creada, en roca que permite observar detalles, facilitará la observación de daños o fallas que puedan corregirse ajustando factores de carga y espaciado entre taladros como se muestra en el cuadro siguiente:


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En cada operación podrá prepararse algún esquema patrón de comparación, de acuerdo a la finalidad del trabajo.

Voladuras controladas en taladros largos en cámaras subterráneas Aquellas operaciones mineras de producción donde por su método de minado se abren profundas cámaras; por ejemplo en el método de extracción Sublevel stope, el uso de voladuras controladas en el techo y paredes es fundamental para disminuir los riesgos de inestabilidad.


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En cámaras abiertas profundas donde se perforan taladros largos con barras de perforación extensibles, generalmente se controla el techo de dos formas: a) Preparando previamente una cámara superior, cuyas dimensiones de base son las del tajeo, empleando perforadoras manuales tipo Jack leg, posteriormente se explota mediante taladros largos todo el mineral entre el piso de la cámara y la base del tajeo. b) Cortando el techo, empleando cargas ligeras de explosivo a través de taladros perforados paralelamente, siguiendo un diseño de perforación de voladura controlada para formar el plano de límite al techo; posteriormente se explota el mineral entre el piso del tajeo y el techo cortado, de modo que el personal y equipos puedan trabajar en condiciones seguras. c) Para mejorar el efecto de corte se perforan taladros intermedios de alivio, generando de esta forma mayor área libre a los taladros a disparar y que asimismo sirven de guía para orientar el corte que limitará el techo. Carguío de cartuchos de dinamita espaciada para cortar el techo en tajeos abiertos, con perforación de taladros de alivio sin carga para mejorar el resultado del corte.

Parámetros importantes para voladuras controladas. a. Presión del taladro Es la presión ejercida por la expansión de gases de detonación en las paredes del taladro. Cuanto menor sea esta presión menor será el daño a la pared final de la voladura, esta presión es aproximadamente el 50 % de la presión de detonación del explosivo. Para lograr el efecto de corte en las voladuras controladas es necesario reducir la presión dentro del taladro desacoplado y/o espaciando las cargas explosivas dentro del mismo. La siguiente fórmula se del taladro:

puede usar para calcular la presión

Donde: Pt: presión de taladro. Pe: densidad del explosivo. VOD: velocidad de detonación del explosivo


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Para reducir la presión dentro del taladro, se debe desacoplar espaciar las cargas explosivas. El grado de acople de una carga explosiva esta dada por:

Donde: Cr: relación de acoplamiento. Øe: diámetro de explosivo. Øt: diámetro de taladro. C:porcentaje del taladro cargado con explosivo. La presión dentro del espaciadas, será la siguiente:

taladro

de

cargas

explosivas desacopladas y

Donde: Pt: presión de taladro. Pdt: presión dentro del taladro desacoplado.


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b. Relación de espaciamiento y burden: El espaciamiento entre taladros en una voladura controlada depende del tipo de roca y diámetro de perforación. En estas voladuras por lo general se recomienda una relación burden/espaciamiento (B/E) de 1.5 a 1; en la figura siguiente se observa el burden final para los taladros perimétricos después de la voladura de producción (B). Podemos partir de la siguiente relación para calcular el espaciamiento de taladros perimetrales:

Donde: E: espaciamiento entre taladros. Øt: diámetro de taladro.

Pdt: presión dentro del taladro. Rt: resistencia a la tracción de la roca.


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c. Precisión en la perforación: La precisión en la perforación es uno de los factores más importantes para el éxito de esta técnica, los taladros según diseño, deben perforarse paralelos y encontrarse en un mismo plano de corte.

d. Carga lineal: Para taladros de contorno con diámetros de perforación entre 32 y 51 mm se recomienda la tabla adjunta.

e. Explosivos para voladura controlada:  



Exsacorte: en tubos plásticos acoplables. Exadit: dinamita en cartuchos espaciados, con cordón detonante y de bajo gramaje a lo largo del taladro y con espaciadores de madera o de caña. Examon: con el método llamado Trim Blasting (cordón detonante axial de bajo gramaje a lo largo del taladro hasta el cebo. Tiene su detonador con línea independiente).


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V. EJERCICIO 

cálculo para la aplicación de precorte:

Se requiere calcular el espaciado entre taladros para un precorte, con diámetro de 64 mm y con explosivo especial entubado, de 19 mm de diámetro, 4 000 m/s de velocidad de detonación y 1,1 g/m3 de densidad. La roca tiene una resistencia in situ a la tracción de 17,2 MPa y a la compresión de 275 MPa respectivamente (valores obtenidos de tablas petrográficas, o determinados por un laboratorio de mecánica de rocas).

Presión de taladro (Pt):

Donde: P: densidad del explosivo. VOD: velocidad de detonación del explosivo

Presión de taladro efectiva:

Valor menor a la resistencia a compresión de la r oca por lo que ésta configuración de cargas es válida.

Espaciamiento (E):

Luego el espaciamiento de partida será 0,5 m. Para determinar el espaciamiento entre taladros también, suele aplicarse la siguiente ecuación:


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E = 2 x r x (Pb - Rt) Donde: E: espaciamiento de los taladros, en pulgadas. R: radio del taladro, en pulgadas. Pb: presión en el taladro por la carga explosiva, en psi. Rt: resistencia a la tracción dinámica de la roca, en psi

VI.

EJEMPLO APLICATIVO

Factores Geológicos, Geotécnicos y el proceso de Voladura en Lomas Bayas

Geomecánicos

que

controlan

INTRODUCCIÓN: El proceso de voladura en esta mina afecta procesos mina-planta; permitiendo una buena fragmentación y un desplazamiento adecuado: minimizar el daño a equipos, optimizar los tiempos de carguío, aumentar el rendimiento efectivo en los equipos de extracción y mejorar los procesos de chancado, molienda y posterior recuperación metalúrgica.

DATOS GENERALES: •

•

•

•

•

Empresa: Compañía Minera Xstrata Lomas Bayas (CMXLB) Ubicación: Norte de Chile emplazado en la Sierra San Cristóbal, aproximadamente a 110 Km. al Noreste de la ciudad de Antofagasta Tipo de explotación: tajo abierto Tipo de yacimiento: pórfido cuprífero Producción anual: 60 t toneladas de cátodos de Cu


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•

Reservas: 240 Mt y una ley media de 0.21% de cobre soluble

Sección geológica representativa de Lomas Bayas (SegúnVarela, 2001)


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estándares de diseños para voladuras utilizados actualmente en Lomas Bayas.

La tabla 1. muestra los estándares de diseños para voladuras utilizados actualmente en Lomas Bayas. Si bien es cierto los resultados en fragmentación han sido óptimos (D80 mineral=15.24 cm y D80 estéril=19.05 cm) y los taludes no han presentado mayores problemas de estabilidad, cumpliéndose con los diseños de fases proyectados, no existe claridad acerca de los factores intrínsicos del macizo rocoso que controlan su comportamiento frente a la voladura. Debido a esto y a la necesidad de la mina de contar con un sistema de gestión y control de calidad frente a los resultados de voladura, es que se desarrolló un estudio


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de línea base que consideró aspectoso peracionales, geológico-geotécnicos y de ingeniería de taludes.

MATERIALES Y METODOS: 







Base de datos de sondajes de la mina con parámetros geológicos: (Litología, alteración, mineralización, densidades, etc). Topografía 3D de todas las fases del proyecto. Recopilación de todos los estudios geológicos y geotécnicos con anterioridad al presente estudio. Ensayos geomecánicos: in-situ y de laboratorio modelo estructural, solidos 3D de estructuras principales. Base de datos de mapeo geológico de superficie: base de datos histórica de voladuras. Tipo y características de explosivos y accesorios, base de datos histórica del rendimiento efectivo de equipos de carguío y transporte. Modelo litológico: plan minero, estudio de fragmentación.

RESULTADOS: 





Del estudio realizado para el caso de Lomas Bayas los principales factores que controlan el proceso de voladura son: Cambios en la composición y textura de la roca, distribución de la alteración hidrotermal, orientación de estructuras, frecuencia de fracturas, condición de las discontinuidades y calidad geotécnica del macizo rocoso. La orientación de estructuras influye principalmente en los resultados obtenidos en voladuras de contorno relacionado con el cumplimiento en los diseños.


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Estándares de voladuras históricos versus características geológicas, geotécnicas y geomecánicas del macizo rocoso.

Tabla.2- Estándares de voladuras históricos versus características geológicas, geotécnicas y geomecánicas del macizo rocoso. Tipos de alteraciones:

po=potásica con biotita, pf=potásica félsica, qs= cuarzo-sericita, ar=argílica, tu=turmalina. Intensidad: d=débil, m=moderada, f=fuerte.


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RESULTADOS: Por lo general zonas de intenso fracturamiento, asociadas a una fuerte alteración y leyes elevadas, poseen una menor resistencia, las cuales, sometidas a voladuras se caracterizan por la utilización de FC bajos y mallas de perforación de mayor dimensión para alcanzar un D80 requerido. La calidad geotécnica del macizo condiciona los resultados de voladura, tanto en fragmentación como en estabilidad. Zonas de baja calidad geotécnica por lo general son más fáciles de tronar y potencialmente se asocian a zonas de mayor inestabilidad, mientras que zonas de buena calidad presentan comportamiento totalmente contrarios a los descritos. Para la evaluación de voladuras se estableció una serie de parámetros que considera los principales: 

Presencia de sobretamaños en porcentaje (%). Obtenido mediante powersieveTM. Considera varias mediciones a medida que avanza la extracción.



Presencia de finos en pulgadas. Determinado a través de la curva de fragmentación característica para cada voladura y calibrado de acuerdo a tamizaje por medio de mallas Tyler.



Factor de carga en g/t.



Cantidad de medias cañas en porcentaje de área*. Se determinan mediante técnicas fotográficas.



Cantidad de patas presentes por cada 50m2


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VII.



CONCLUSIONES

La voladura controlada consiste en el empleo de cargas explosivas lineales de baja energía colocadas en taladros muy cercanos entre sí, que se disparan en forma simultánea.



Es importante tener una voladura controlada para reducir las vibraciones que se generan.



El costo de una voladura controlada es mayor que la voladura convencional.



Para estructuras débiles e inestables la voladura controlada es una buena alternativa, por sus características ya estudiadas.


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voladura controlada.pdf

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